通信原理课程设计(基于MATLAB的PSK,DPSK仿真)

通信原理

课程设计报告

题目基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真学院电子信息工程学院

专业

学生姓名

学号年级

指导教师职称讲师

2013年12月20日

设计报告成绩

（按照优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师评语：

指导教师（签名）

年月日说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。

基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真

专业：学号：

学生：指导老师：

摘要：现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好，作为其关键技术之一的调制技术一直是研究的一个重要方向。本设计主要叙述了数字信号的调制方式，介绍了2PSK数字调制方式的基本原理，功率谱密度，并运用MATLAB软件对数字调制方式2PSK进行了编程仿真实现，在MATLAB 平台上建立2PSK和2DPSK调制技术的仿真模型。进一步学习了MATLAB编程软件，将MATLAB与通信系统中数字调制知识联系起来，为以后在通信领域学习和研究打下了基础在计算机上，运用MATLAB 软件来实现对数字信号调制技术的仿真。

关键词：数字调制与解调；MA TLAB；2PSK；2DPSK；

目录

第1章绪论 (1)

1.1 调制方式 (1)

1.2 设计要求 (1)

1.2.1 设计内容 (1)

1.2.3 设计仪器 (1)

第2章 2PSK,2DPSK原理 (2)

2.1 2PSK原理 (2)

2.1.1 2PSK基本原理 (2)

2.1.2 2PSK调制原理 (2)

2.1.3 2PSK解调原理 (3)

2.2 2DPSK原理 (4)

2.2.1 2DPSK基本原理 (4)

2.2.2 2DPSK调制原理 (5)

2.2.3 2DPSK解调原理 (6)

第3章实验过程 (8)

3.1 2PSK仿真部分 (8)

3.1.1 2PSK仿真图 (8)

3.1.2 2PSK模块的参数设置： (8)

3.2 2DPSK仿真部分 (9)

3.2.1 2DPSK仿真图 (9)

2.2.2 2DPSK模块的参数设置： (10)

第4章仿真结果 (15)

4.1 2PSK仿真结果 (15)

4.2 2DPSK仿真结果 (15)

总结 (16)

参考文献 (17)

致谢 (18)

第1章绪论

1.1 调制方式

数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如0～6M）低频段，因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。

数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控（ASK，Amplitude-Shift keying）、移频键控（ FSK，Frequency-Shift keying）、移相键控(PSK，Phase-Shift keying )和差分移相键（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次课程设计对PSK,DPSK这两种调制方式进行了仿真。

1.2 设计要求

1.2.1 设计内容

用MATLAB完成对2PSK、2DPSK的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析，可编写程序，也可硬件设计框图

1.2.2 设计参数（参数可以自行设置）

1、传输基带数字信号（15位）码元周期T=0.01S

2、载波频率：15KHz

1.2.3 设计仪器

计算机和MATLAB软件

第2章 2PSK,2DPSK 原理

2.1 2PSK 原理 2.1.1 2PSK 基本原理

二进制移相键控，简记为2PSK 或BPSK 。2PSK 信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位“0”和“ ”来表示，而其振幅和频率保持不变.因此，2PSK 信号的时域表达式为

:

(t)=Acos

t+)

其中，

表示第n 个符号的绝对相位：

=

因此，上式可以改写为:

这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制移相键控方式。二进制移相键控信号的典型时间波形如图2-1。

图2-1 二进制相移键控信号的时间波形

2.1.2 2PSK 调制原理

在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。2PSK 信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0，模拟调制

11

01t

0s

T

法用两个反相的载波信号进行调制。2PSK 以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0°，当基带信号为1时相对于初始相位为180°。 键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。通常用0°和180°来分别代表0和1。其时域表达式为：

t nT t g a e c n s n PSK ωcos )(2??

?

???-=∑

其中，2PSK 的调制中an 必须为双极性码。两种方法原理图分别如图2-2和图2-3

所示。

图2-2 模拟调制原理图

图 2-3 键控法原理图

2.1.3 2PSK 解调原理

由于2PSK 的幅度是恒定的，必须进行相干解调。经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。2PSK 信号的相干解调原理图如图2-4所示，各点的波形如图2-5所示。

由于2PSK 信号的载波回复过程中存在着180°的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相

干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信

号与发送的基带信号正好相反，即“1”变成“0”吗“0”变成“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反相工作”。

图 2-4 2PSK 的相干解调原理图

图 2-5 相干解调中各点波形图

2.2 2DPSK 原理 2.2.1 2DPSK 基本原理

二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK 。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。

传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。在传输信号中，2PSK 信号和2ASK 及2FSK 信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在

带通

滤波器

相乘器

低通滤波器

抽样判决器定时脉冲

输出

)

(2t e PSK t

c cos a

b

c

d

e

1010s

T t

a

b

c

d

1

t

t

t

t

e 1

1100

2PSK 信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。为了保证2PSK 的优点，又不会产生误码，将2PSK 体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK ），及相对相移键控。

2DPSK 方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK 信号的码元相位关系可举例表示如2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图见图2-6。

图2-6 2DPSK 信号波形图

2.2.2 2DPSK 调制原理

二进制差分相移键控。2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为??，可定义一种数字信息与??之间的关系为：

00?π??=??（数字信息“”）

（数字信息“1?）

?为前一码元的相位。

实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。2DPSK 调制原理图如图2-7所示。

延时Ts

波形变换

+

Cn

×

S2dpsk(t)

Coswc(t)

相对码Bn

绝对码Dn

图2-7 2DPSK 调制原理框图

()a 绝对码()b 相对码

t

1

0101

1

11

()2DPSK

c 参考

2.2.3 2DPSK解调原理

2DPSK信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将DPSK信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPSK信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。

相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

在解调过程中，若相干载波产生180 相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。本次设计采用相干解调。两种解调方式的原理图如图2-8和图2-9所示。

2DPSK相干解调各点波形图如图 2-10所示。

图 2-8 2DPSK差分相干解调原理图

图 2-9 2DPSK相干解调原理图

图 2-10 2DPSK相干解调各点波形图

第3章实验过程3.1 2PSK仿真部分

3.1.1 2PSK仿真图

用MATLAB搭建好的2PSK仿真图如下：

图3-1PSK仿真图3.1.2 2PSK模块的参数设置：

1）相乘模块

图3-2 相乘器参数设置2）低通滤波器模块

图3-3 滤波器其参数设置3）抽样判决模块

图3-4 pulse generator 参数设置3.2 2DPSK仿真部分

3.2.1 2DPSK仿真图

用MATLAB搭建好的2DPSK仿真图如下：

图3-5 2DPSK仿真图2.2.2 2DPSK模块的参数设置：

1）载波模块

图3-6 载波参数设置2）乘法器模块

图3-7 乘法器参数设置3）基带模块

图3-8 基带信号参数设置4）Unipolar to Bipolar Converte模块

图3-9 Unipolar to Bipolar Converter参数设置5）码变换模块

图3-10 Logical Operator参数设置

图3-11 Unit Delay参数设置

图3-12 Data Type Conversion参数设置6）滤波器模块

图3-13 带通滤波器参数设置

图3-14 低通滤波器参数设置

第4章仿真结果4.1 2PSK仿真结果

图4-1 2PSK电路仿真波形4.2 2DPSK仿真结果

图4-2 2DPSK电路仿真波形

总结

从以上对比可以看出，对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式淡定误码率。若采用相同的解调方式，2PSK的信噪比比较低。反过来，若信噪比r一定，2PSK误码率比较低。由此看来，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好。

首先要进行电路设计：先构思电路的实现过程，选择合适器件实现相应的功能。仿真模拟：在硬件实现之前要先进行仿真，确定可以实现所要求的功能时才能进行实际操作。调试：要求能熟练地使用示波器。出现问题是要能够进行合理的分析。耐心的检察错误。整个过程中的每个环节都会出现问题，在不断的请教老师和同学的过程中不断地总结经验教训。最终收获的不仅是知识还有解决问题的方法和技巧！

通过这次课程设计还让我知道了，我们平时所学的知识如果不加以实践的话等于纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。

当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。

在这一周的课程设计中，让我们体会最深刻的就是对各种器件的了解不够深刻，使得在使用的过程中出现很多误区，无法得到理想的实验结果，所以我们应该在今后的学习中珍惜每一次的动手实践机会，积累经验，为以后的工作打下坚实的基础。

这次实习我们受益匪浅。通过本次的课程设计，我在学习方法、逻辑思维、分析和解决问题的能力等各个方面都有了长足的进步。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我们的设计思维，增加了实际操作能力。在让我们体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我们体会到成功的喜悦和快乐。